[发明专利]一种甲壳素制备水溶性羧甲基壳聚糖的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及精细化工领域，属于海洋化工工程技术，是一种新的N，O-取代羧甲基壳聚糖制备工艺技术，是一种以甲壳素为原料制备水溶性羧甲基壳聚糖的新方法。由甲壳素粉与氯乙酸钠在乙醇溶液中反应得到水溶性的N，O-取代羧甲基壳聚糖。相比现有技术，用本发明的制备方法原料利用率高，工作环境改善显著，产品纯度高，收率高，此类壳聚糖衍生物C₆位-0H及C₂位-NH2上的取代度高达80～110％，水溶性较好，且具有较好的抗菌抑菌性和吸湿保湿性，进一步提纯可广泛应用于医药、食品或化妆品等领域。

背景技术：

甲壳素，又称甲壳质、几丁质，β-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，是自然界第二位最丰富的资源。普遍存在于虾蟹外壳、节肢动物、真菌细胞壁及某些植物细胞壁之中，每年自然界生物体内合成的甲壳素达斤百亿吨。但甲壳素不溶于水和普通溶剂，限制了其应用。

壳聚糖是甲壳素经化学方法处理脱乙酰基后的产物，是一种天然的阳离子聚合物，它无毒、无害、安全可靠、易生物降解，具有良好的生物相容性。但壳聚糖只溶于酸或酸性溶液中，极大限制了它的应用范围。因此，对壳聚糖进行化学改性以提高其在水中溶解性的研究，就具有重要意义。在众多的壳聚糖衍生物中，羧甲基壳聚糖的研究较早，不仅具有良好的水溶性，还具备壳聚糖的优良性质，在医药、食品、环保、印染和生物保健品等领域有广泛的应用前景，具有巨大的经济效益和社会效益。

目前，工业化生产采用较多的是以壳聚糖粉为原料，经碱化处理后，在异丙醇反应溶剂中滴加氯乙酸进行接枝反应，生产过程存在诸多问题。

1、甲壳素制备壳聚糖时需要氢氧化钠浓碱液及高温处理，制备过程消耗的碱量及后处理到中性时用水量较多。

2、壳聚糖制备羧甲基壳聚糖反应前期氯乙酸与氢氧化钠中和，剧烈放热，氯乙酸大量水解，导致二甘醇酸等副产物较多，羧化度易受温度波动的影响，反应速度慢，时间较长约20小时以上，后处理提纯时工序复杂，成本较高。

3、氯乙酸的危害性：剧毒、可燃、具有刺激性和腐蚀性，可致人体灼伤。工业生产用的氯乙酸溶液为固体氯乙酸加乙醇配制，加速了其挥发性，吸入高浓度该品蒸气或皮肤接触其溶液后，可迅速大量吸收，造成急性中毒。患者可有抽搐、昏迷、休克、血尿和肾功能衰竭。酸雾可致眼部刺激症状和角膜灼伤。皮肤灼伤可出现水疱。经常接触低浓度该品酸雾，可有头痛、头晕现象。受高热分解产生有毒的腐蚀性烟气。所以氯乙酸在运输、储存及使用等各环节中均存在风险，给工业化生产造成严重影响。

4、异丙醇的危害性：是一种挥发性液体，高浓度蒸气具有明显麻醉作用，对眼、呼吸道的黏膜有刺激作用，能损伤视网膜及视神经。能通过皮肤被人体吸收。易燃，常温下可引火燃烧，其蒸汽与空气混合易形成爆炸混合物。接触高浓度蒸气出现头痛、倦睡以及眼、鼻、喉刺激症状，操作人员应戴防毒面具。

由于现有生产工艺技术上存在的这些问题，给工业生产造成了极大影响。本专利以甲壳素粉为起始原料，选择乙醇为反应体系，试剂为价廉且环保的氯乙酸钠，无需其他催化剂，反应过程条件温和，产物纯度高。

附图说明

附图为甲壳素制备水溶性羧甲基壳聚糖过程示意图，详见说明书附图。

发明内容

本发明的目的在于：改变传统的以壳聚糖粉为起始原料，本专利采用甲壳素粉为原料，用浓碱处理，甲壳素脱乙酰成为壳聚糖，不经分离，以乙醇溶液为反应体系，直接加入氯乙酸钠为反应剂进行羧甲基化反应，粗产品用乙醇提纯，提纯处理后的产物取代度在80％以上，脱乙酰度可达70％以上。此技术减少了碱的用量，降低了原材料成本，极大的改善了生产操作环境，简化了生产流程配套设备，缩短了反应时间，大幅降低了产品的制造成本，产品水溶性较好，在广泛的pH范围内均能够完全溶解，此发明为羧甲基壳聚糖制备行业带来了巨大成效。本发明的技术解决方案如下：

改进后方法：称取一定量的甲壳素粉投入到搅拌罐中，加入5～10倍甲壳素重量的40～50％浓度的NaOH溶液，常温碱化处理1.5～3h后，加入5～10倍甲壳素重量的80～95％浓度乙醇溶液，再将1.5～2.5倍甲壳素重量的氯乙酸钠加入到体系中，在50～70℃保温条件下反应3.0～6.0h。反应后物料用纯化水溶解再过滤，经乙醇提纯析出后，用稀酸调pH至中性，再用70～80％浓度的乙醇溶液洗涤两次，90～99％浓度乙醇脱水一次，抽真空干燥得产物。